DE19712622A1 - Arrangement for automatic correction of faulty sensing signals of incremental position measurement devices - Google Patents
Arrangement for automatic correction of faulty sensing signals of incremental position measurement devicesInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur automatischen Korrektur fehlerbehafteter Abtastsignale gemäß dem Ober begriff der Ansprüche 1 und 10. Insbesondere eignen sich die erfindungs gemäße Anordnung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz innerhalb einer inkrementalen Positionsmeßeinrichtung.The present invention relates to an arrangement and a method for automatic correction of faulty scanning signals according to the Ober Concept of claims 1 and 10. In particular, the fiction appropriate arrangement and the inventive method for use within an incremental position measuring device.
In bekannten inkrementalen Positionsmeßeinrichtungen resultieren bei der Abtastung einer periodischen Maßstabstruktur mittels einer geeignet ausge bildeten Abtasteinheit ausgangsseitig üblicherweise mindestens zwei pha senversetzte periodische, analoge Abtastsignale. Diese werden in bekannter Art und Weise zur Bestimmung der Relativposition von Maßstabteilung und Abtasteinheit in einer nachgeordneten Auswerteeinheit weiterverarbeitet. Abtasteinheit und Maßstabteilung sind hierbei etwa mit zwei zueinander be weglichen Teilen einer Werkzeugmaschine verbunden; als Auswerteeinheit dient eine numerische Steuerung.In known incremental position measuring devices result in the Scanning of a periodic scale structure using a suitable usually formed at least two pha on the output side offset periodic, analog scanning signals. These are known in How to determine the relative position of scale division and Processing unit further processed in a downstream evaluation unit. Scanning unit and scale division are approximately two to each other connected movable parts of a machine tool; as an evaluation unit is used for numerical control.
Die Genauigkeit der Positionsbestimmung mit Hilfe einer derartigen Positi onsmeßeinrichtung hängt nunmehr von der Qualität der auf diese Art und Weise erzeugten periodischen Abtastsignale ab. Je nach eingesetztem phy sikalischen Abtastprinzip existieren hierbei eine Reihe von Fehlerquellen unterschiedlichster Art. So wirken sich beispielsweise bei optischen Meßsy stemen Ungenauigkeiten in den reflektiven oder transmittiven Tei lungsstrukturen negativ auf die Signalqualität aus. Auch bei anderen Ab tastprinzipien, beispielsweise in magnetischen Positionsmeßeinrichtungen, werden nicht immer die gewünschten Anforderungen an die resultierenden Ausgangssignale erfüllt. Beispielsweise kann der Abtastabstand variieren oder aber Temperaturschwankungen die magnetfeldempfindlichen Detek torelemente beeinflussen etc.The accuracy of the position determination with the help of such a position onsmeßeinrichtung now depends on the quality of the in this way and Generated periodic scanning signals. Depending on the phy There are a number of sources of error here of various kinds. For example, optical measuring systems inaccuracies in the reflective or transmissive parts structures negatively affect the signal quality. Also with other Ab probe principles, for example in magnetic position measuring devices, are not always the desired requirements for the resulting Output signals met. For example, the scanning distance can vary or temperature fluctuations the magnetic field sensitive detector affect gate elements etc.
Insbesondere bei einer nachfolgenden Interpolation, das heißt einer elektro nischen weiteren Unterteilung der analogen Abtastsignale, wirken sich be stimmte Fehlerarten störend aus. Vorausgesetzt wird bei der Interpolation jedoch eine ideale Form der analogen Abtastsignale bzw. eine entspre chende ideale Beziehung zwischen diesen. Es handelt sich bei den ver schiedenen Fehlerarten um gegebenenfalls vorliegende unterschiedliche Amplitudenwerte der beiden phasenversetzten Abtastsignale, um einen Phasenversatz, der von dem vorausgesetzten Phasenversatz abweicht so wie eventuell vorhandene Gleichspannungs-Offsets der beiden periodischen Abtastsignale. Im Fall üblicher inkrementaler Meßsysteme handelt es sich beim erwähnten Phasenversatz um 90°; bei interferentiellen Dreigitter-Meß systemen kann jedoch auch ein idealer Phasenversatz von 120° zwischen drei verschiedenen Abtastsignalen vorliegen.In particular in the case of a subsequent interpolation, that is to say an electro African further subdivision of the analog scanning signals, be tuned types of errors disruptively. The prerequisite for interpolation however, an ideal form of the analog scanning signals or a corresponding one ideal relationship between them. The ver different types of errors by possibly existing different Amplitude values of the two phase-shifted scanning signals by one Phase offset that deviates from the assumed phase offset like any existing DC offsets of the two periodic ones Scanning signals. In the case of conventional incremental measuring systems it is with the mentioned phase shift by 90 °; with interferential three-grid measurement systems can also have an ideal phase shift of 120 ° between three different scanning signals are present.
Neben der Möglichkeit, die eigentliche Signalgewinnung zu optimieren, exi stieren Ansätze, wie derartige Fehler in Positionsmeßeinrichtungen, die pe riodische, analoge Abtastsignale liefern, automatisch auf elektronischem Weg korrigiert werden können. Aus der Veröffentlichung "Auto correction of interpolation errors in optical encoders" von C. Wang et al. in Proc. of SPIE Vol. 2718, 1996, S. 439-447 ist beispielsweise ein derartiges elektronisches Korrekturverfahren für optische Positionsmeßeinrichtungen bekannt. Es wird hierbei vorgeschlagen, die analogen Abtastsignale zum einen über geeig nete A/D-Wandler einem Microcontroller zuzuführen, innerhalb dessen auf Grundlage eines bekannten Algorithmus Korrekturparameter bestimmt werden. Als Korrekturalgorithmus wird dabei ein Verfahren herangezogen, das z. B. in dem Veröffentlichungen von P. L. M. Heydemann "Determination and correction of quadrature fringe measurement errors in interferometers", Applied Optics, Vol. 20, No. 3 S. 3382-3384, 1981 und K. P. Birch, "Optical fringe interpolation with nanometric accuracy", Precision Engineering, Vol. 12, No. 4, S. 195-198,1990 beschrieben wird. Über dem Microcontroller nachgeordnete D/A-Wandler gelangen die Korrekturparameter auf einen analogen Schaltkreis, über den die Einwirkung auf die analogen, periodi schen Abtastsignale möglich ist. Ausgangsseitig liegen seitens des analo gen Schaltkreises demzufolge die korrigierten Abtastsignale vor, die der vorausgesetzten idealen Signalform entsprechen und in bekannten Aus werteelektroniken weiterverarbeitet werden können.In addition to the possibility of optimizing the actual signal acquisition, exi approaches such as such errors in position measuring devices, the pe deliver periodic, analog scanning signals, automatically on electronic Way can be corrected. From the publication "Auto correction of interpolation errors in optical encoders "by C. Wang et al. in Proc. of SPIE Vol. 2718, 1996, pp. 439-447 is such an electronic one Correction methods for optical position measuring devices are known. It will proposed here, the analog scanning signals on the one hand nete A / D converter to feed a microcontroller, within it Correction parameters determined on the basis of a known algorithm will. A method is used as the correction algorithm, the Z. B. in the publications by P.L.M. Heydemann "Determination and correction of quadrature fringe measurement errors in interferometers ", Applied Optics, Vol. 20, No. 3 pp. 3382-3384, 1981 and K.P. Birch, "Optical fringe interpolation with nanometric accuracy ", Precision Engineering, Vol. 12, No. 4, pp. 195-198, 1990. Above the microcontroller downstream D / A converters arrive at the correction parameters analog circuit via which the action on the analog, periodi scanning signals is possible. On the output side, the analogo gene circuit accordingly the corrected scanning signals that the presuppose ideal signal shape and in known off electronic values can be processed further.
Als nachteilig an dieser vorgeschlagenen Lösung erweist sich zum einen, daß in der Regel auch der analoge Schaltkreis, über den auf die analogen Abtastsignale eingewirkt wird, mit bestimmten Fehlern behaftet ist. Hierzu zählen etwa unerwünschte Offset-Fehler oder eine undefinierte Signalver stärkung. Diese Fehler werden bei der Bestimmung der Korrekturparameter bzw. der entsprechenden Stellsignale jedoch nicht berücksichtigt und verfäl schen die analogen Abtastsignale demzufolge nach wie vor in unerwünsch ter Art und Weise. Zum anderen muß die Empfindlichkeit der vom Micro controller erzeugten Korrekturparameter bzw. der entsprechenden Stellsi gnale auf den analogen Schaltkreis abgestimmt werden, was bei eventuell vorhandenen Fehlern im analogen Schaltkreis jedoch problematisch ist. Desweiteren erweist sich als nachteilhaft, daß die Selektion der zur Bestim mung von Korrekturparametern herangezogenen Daten softwaremäßig überprüft werden muß. Eine derartige Überprüfung der Daten erfordert eine bestimmte Rechenzeit, was wiederum die Geschwindigkeit des vorgeschla genen Korrekturverfahrens begrenzt und insbesondere bei hohen Verfahr geschwindigkeiten von Bedeutung ist.One disadvantage of this proposed solution is that that usually also the analog circuit via which to the analog Scanned signals is affected, is associated with certain errors. For this include undesired offset errors or an undefined signal ver Strengthening. These errors are found when determining the correction parameters or the corresponding control signals, however, are not taken into account and falsify accordingly, the analog scanning signals are still undesirable ter way. On the other hand, the sensitivity of the Micro controller generated correction parameters or the corresponding Stellsi gnale to be matched to the analog circuit, which at possibly existing errors in the analog circuit is problematic. Furthermore, it proves to be disadvantageous that the selection of the determinations correction data used in software must be checked. Such a review of the data requires one certain computing time, which in turn is the speed of the proposed limited correction procedure and especially with high travel speeds is important.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte, gattungsgemäße Anordnung bzw. das entsprechende Verfahren aus der oben genannten Veröffentlichung möglichst vorteilhaft weiterzuentwickeln, um eine nochmals verbesserte Korrektur der fehlerbehafteten, analogen Abtastsignale einer inkrementalen Positionsmeßeinrichtung sicherzustellen, d. h. die bei der Ab tastung resultierenden Fehler zu eliminieren oder zumindest zu minimieren.The object of the present invention is the known, generic Arrangement or the corresponding method from the above To further develop the publication as advantageously as possible in order to make one more improved correction of the faulty, analog scanning signals of a ensure incremental position measuring device, d. H. that at Ab to eliminate or at least minimize the resulting errors.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 bzw. mit Hilfe eines Verfahrens, das über die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 10 charakterisiert wird.This object is achieved by an arrangement with the features in characterizing part of claim 1 or with the aid of a method, that characterized by the characterizing features of claim 10 becomes.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den in den abhängi gen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen.Advantageous embodiments of the arrangement according to the invention or of the method according to the invention result from the in the dependent measures listed against claims.
Erfindungsgemäß wird nunmehr eine Signalkorrektur-Anordnung auf Basis einer Regelung vorgeschlagen, um die verschiedenartigen Abtastfehler zu eliminieren. Dies bedeutet, daß die ausgangsseitig an der Korrektureinheit anliegenden, ggf. bereits einmal korrigierten analogen Abtastsignale einer Prozessoreinheit zugeführt werden, die auf Grundlage der zugeführten Ab tastsignale erneut den Korrekturalgorithmus auf die Abtastsignale anwendet, entsprechende Korrekturgrößen bzw. analoge Stellsignale bestimmt und diese wiederum an die Korrektureinheit übergibt, wo eine Einwirkung auf die analogen Abtastsignale möglich ist usw.According to the invention, a signal correction arrangement is now based proposed a regulation to the different scanning errors eliminate. This means that the output side of the correction unit Analog scanning signals from a Processor unit are supplied based on the supplied Ab again applies the correction algorithm to the scanning signals, corresponding correction variables or analog control signals are determined and this in turn passes to the correction unit, where an action on the analog scanning signals is possible, etc.
Da demzufolge Abtastsignale, die die Korrektureinheit bereits einmal durchlaufen haben bzw. bereits einmal korrigiert wurden, als Grundlage für den Korrekturalgorithmus dienen, resultiert eine nochmals verbesserte Si gnalkorrektur. Insbesondere lassen sich die oben erwähnten Probleme be züglich eventueller Fehler in der analogen Korrektureinheit damit umgehen. Beim Bestimmen der erforderlichen Korrekturparameter werden derartige Fehler berücksichtigt und über die Ausgabe entsprechender Stellsignale kompensiert.As a result, scanning signals that the correction unit already have gone through or have already been corrected as a basis for serve the correction algorithm, a further improved Si results gnal correction. In particular, the problems mentioned above can be solved handle any errors in the analog correction unit. When determining the required correction parameters, such Errors are taken into account and the corresponding control signals are output compensated.
Desweiteren ergibt sich in einer vorteilhaften Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Anordnung ein relativ einfacher Aufbau mit lediglich einem eingangsseitig erforderlichen A/D-Wandler in der Prozessoreinheit. Furthermore, the inventions result in an advantageous embodiment arrangement according to the invention a relatively simple structure with only one A / D converter in the processor unit required on the input side.
Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Anordnung äußerst flexibel hinsichtlich der Wahl derjenigen Signalwerte, die letztlich zur Bestimmung der Korrekturparameter herangezogen werden. Insbesondere sind dabei jeweils keine aufwendigen und rechenzeitintensi ven Maßnahmen hinsichtlich der Selektion der gewählten Signalwerte erfor derlich. So können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch bei hohen Relativgeschwindigkei ten von Maßstabteilung und Abtasteinheit in zuverlässiger Form die ge wünschten Korrekturen vorgenommen werden.Furthermore, the inventive method and the inventive Arrangement extremely flexible with regard to the choice of those signal values that ultimately used to determine the correction parameters. In particular, there are no complex and computation time intensive Measures regarding the selection of the selected signal values are required such. So with the help of the method according to the invention or with the arrangement according to the invention even at high relative speeds of scale division and scanning unit in a reliable form desired corrections can be made.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können beispielsweise allesamt inner halb der jeweiligen Positionsmeßeinrichtung getroffen werden. Daneben ist es jedoch ebenso möglich, die entsprechenden Maßnahmen an anderer Stelle, d. h. außerhalb der eigentlichen Positionsmeßeinrichtung zu realisie ren. In beiden Fällen werden entsprechend korrigierte Abtastsignale an eine nachgeordnete Auswerteeinheit übertragen und zur Positionsbestimmung weiterverarbeitet.The measures according to the invention can all be internal, for example half of the respective position measuring device. Is next to it however, it is also possible to take the appropriate action on others Position, d. H. outside of the actual position measuring device Ren. In both cases, appropriately corrected scanning signals to one Subordinate evaluation unit transmitted and for position determination processed further.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgen den Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Fig. 1. Es handelt sich hierbei lediglich um eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform, das heißt im Rahmen der erfindungsge mäßen Maßnahmen sind sehr wohl geeignete Abwandlungen hiervon mög lich.Further advantages and details of the arrangement according to the invention and the method according to the invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the attached FIG. 1. This is only a schematic representation of a possible embodiment, that is to say within the scope of the measures according to the invention Suitable modifications of this are possible.
Schematisiert angedeutet ist in Fig. 1 auf der linken Seite eine Abtastein heit 2, mit der eine Maßstabteilung 1 abgetastet wird. Maßstabteilung 1 und Abtasteinheit 2 sind, wie über den entsprechenden Pfeil angedeutet werden soll, relativ zueinander verschiebbar bzw. beweglich zueinander angeordnet. Hinsichtlich der Signalerzeugung und der konkreten Ausführung von Maß stabteilung 1 und Abtasteinheit 2 existieren dabei vielfältigste Möglichkeiten. Beispielsweise kann es sich hierbei ebenso um eine optisch abgetastete Maßstabteilung handeln wie um eine magnetische Teilungsstruktur, die mittels einer entsprechend ausgebildeten Abtasteinheit zur Erzeugung ver schiebungsabhängiger Abtastsignale abgetastet wird. Daneben sind selbst verständlich auch weitere physikalische Abtastprinzipien zur Signalerzeu gung einsetzbar wie etwa induktive Abtastprinzipien, die in Verbindung mit einem Trägerfrequenz-Auswerteverfahren betrieben werden etc.Is indicated schematically in Fig. 1 on the left side of a scanning unit 2 with which a scale graduation 1 is scanned. Scale division 1 and scanning unit 2 are, as is to be indicated by the corresponding arrow, displaceable or movable relative to one another. With regard to the signal generation and the specific implementation of scale division 1 and scanning unit 2 , there are many different possibilities. For example, this can also be an optically scanned scale graduation as well as a magnetic graduation structure, which is scanned by means of an appropriately designed scanning unit for generating displacement-dependent scanning signals. In addition, other physical scanning principles for signal generation can of course also be used, such as inductive scanning principles that are operated in conjunction with a carrier frequency evaluation method, etc.
Im Fall optischer Positionsmeßeinrichtungen ermöglichen die erfindungs gemäßen Maßnahmen beispielsweise auch den Einsatz sog. vorgespannter Photoelemente oder Photodioden, die schnelle Ansprechzeiten aufweisen, jedoch aufgrund ihrer Temperaturabhängigkeit fehlerbehaftete Abtastsignale liefern können. Bei magnetischen Positionsmeßeinrichtungen können auch diejenigen Fehler korrigiert werden, die durch die Verwendung von Feld platten, magnetoresistiven Elementen oder Hallelementen als magnetfeld empfindliche Detektorelemente verursacht werden.In the case of optical position measuring devices allow the Invention appropriate measures, for example the use of so-called pretensioned Photo elements or photodiodes that have fast response times however, due to their temperature dependency, faulty scanning signals can deliver. With magnetic position measuring devices can also those errors are corrected by using field plates, magnetoresistive elements or Hall elements as a magnetic field sensitive detector elements are caused.
Desweiteren ist auch die dargestellte Variante eines Längenmeßsystems lediglich beispielhaft zu verstehen, d. h. es können natürlich auch rotatorisch ausgebildete Meßsysteme mit der erfindungsgemäßen Anordnung kombi niert werden, über die die Rotationsbewegung zweier zueinander bewegli cher Objekte erfaßt werden soll usw.Furthermore, the variant of a length measuring system shown is also to be understood only as an example, d. H. it can of course also be rotary trained measuring systems with the arrangement according to the invention be nated, over which the rotational movement of two mutually movable cher objects to be detected, etc.
Ausgangsseitig liegen an der Abtasteinheit 2 des dargestellten Ausfüh rungsbeispieles periodische analoge Abtastsignale S1, S2 an, die von einer nachgeordneten Auswerteeinheit 3 zur Positionsbestimmung in bekannter Art und Weise herangezogen werden können und hierzu etwa interpoliert werden etc. . Bei der schematisiert angedeuteten Auswerteeinheit 3 kann es sich beispielsweise um die numerische Steuerung einer Werkzeugmaschine handeln. Von der Auswerteeinheit 3 wird dabei eine bestimmte, ideale Si gnalform der beiden Abtastsignale S1, S2 sowie entsprechende Beziehun gen zwischen den Signalen vorausgesetzt. Hierzu gehört ein idealer Pha senversatz zwischen den beiden periodischen Abtastsignalen S1 und S2 von 90°, möglichst gleiche Signalamplituden sowie verschwindende Gleich spannungsanteile bzw. Offsets der Signale S1 und S2. Um diesen Anforde rungen der Auswerteeinheit 3 zu genügen, sind erfindungsgemäß nunmehr bestimmte Maßnahmen vorgesehen, so daß eine automatische Korrektur der üblicherweise fehlerbehafteten Abtastsignale S1, S2 während des Meß betriebes erfolgt und derart optimierte Abtastsignale S1', S2' an die Aus werteeinheit 3 übergeben werden.On the output side, periodic analog scanning signals S1, S2 are present on the scanning unit 2 of the exemplary embodiment shown, which can be used by a downstream evaluation unit 3 for position determination in a known manner and are interpolated for this purpose, etc. The schematically indicated evaluation unit 3 can be, for example, the numerical control of a machine tool. The evaluation unit 3 presupposes a specific, ideal signal form of the two scanning signals S1, S2 and corresponding relationships between the signals. This includes an ideal phase offset of 90 ° between the two periodic scanning signals S1 and S2, the same signal amplitudes as possible and vanishing DC components or offsets of the signals S1 and S2. In order to meet these requirements of the evaluation unit 3 , certain measures are now provided according to the invention, so that an automatic correction of the normally faulty scanning signals S1, S2 takes place during the measuring operation and such optimized scanning signals S1 ', S2' are passed to the evaluation unit 3 .
Die hierzu erforderliche, erfindungsgemäße Anordnung 4 umfaßt im wesent lichen eine Prozessoreinheit 5 sowie eine vorzugsweise analog aufgebaute Korrektureinheit 6. Die von der Abtasteinheit 2 gelieferten periodischen Ab tastsignale S1, S2 gelangen zur automatischen Korrektur der verschiedenen Abtastfehler zunächst auf die Korrektureinheit 6 innerhalb der erfindungs gemäßen Anordnung 4. Über die Korrektureinheit 6 sind eine Reihe von Ab gleichmöglichkeiten für die fehlerbehafteten Abtastsignale S1, S2 gegeben, die nachfolgend erläutert werden.The arrangement 4 according to the invention required for this essentially comprises a processor unit 5 and a correction unit 6, which is preferably constructed analogously. The periodic scanning signals S1, S2 supplied by the scanning unit 2 first arrive at the correction unit 6 within the arrangement 4 according to the invention for the automatic correction of the various scanning errors. Via the correction unit 6 , a number of comparison possibilities are given for the faulty scanning signals S1, S2, which are explained below.
Seitens der Korrektureinheit 6 sind neben eingangs- und ausgangsseitig angeordneten Operationsverstärkern 7.1, 7.2, 8.1, 8.2 eine Reihe von ana log ausgebildeten Abgleichelementen 9.1, 9.2, 9.3 vorgesehen, über die in definierter Art und Weise auf die analogen Abtastsignale S1, S2 eingewirkt werden kann. Die analogen Abgleichelemente 9.1, 9.2, 9.3 sind dabei z. B. als elektronisch einstellbare Potentiometer ausgebildet, deren Widerstände über Stellsignale innerhalb geeigneter Grenzen variiert werden können. Zur Korrektur der verschiedenen Abtastfehler sind im einzelnen zwei Abglei chelemente 9.1, 9.2 innerhalb der Korrektureinheit 6 vorgesehen, welche jeweils zwischen den "-"-Eingang der eingangsseitigen Operationsverstärker 7.1, 7.2 und deren Ausgang geschaltet sind. Über diese Abgleichelemente 9.1, 9.2 ist eine definierte Variation der Signalamplituden der beiden Abtast signale S1, S2 möglich. Wie bereits oben angedeutet, werden seitens der Auswerteeinheit 3 möglichst gleiche Amplituden der beiden analogen Ab tastsignale S1, S2 bei der Weiterverarbeitung vorausgesetzt. Ein weiteres Abgleichelement 9.3 ist zwischen die beiden Verarbeitungska näle der Abtastsignale S1, S2 geschaltet und gestattet die definierte Varia tion der Phasenlage der beiden Abtastsignale S1, S2, die im Idealfall um 90° zueinander phasenversetzt sind.On the part of the correction unit 6 , in addition to operational amplifiers 7.1 , 7.2 , 8.1 , 8.2 arranged on the input and output sides , a number of analog adjustment elements 9.1 , 9.2 , 9.3 are provided, via which the analog scanning signals S1, S2 can be influenced in a defined manner . The analog adjustment elements 9.1 , 9.2 , 9.3 are z. B. designed as an electronically adjustable potentiometer, the resistances can be varied via control signals within suitable limits. To correct the various sampling errors, two compensation elements 9.1 , 9.2 are provided in the correction unit 6 , which are each connected between the "-" input of the input-side operational amplifiers 7.1 , 7.2 and their output. A defined variation of the signal amplitudes of the two scanning signals S1, S2 is possible via these adjustment elements 9.1 , 9.2 . As already indicated above, the evaluation unit 3 assumes the same amplitudes of the two analog sampling signals S1, S2 as possible during further processing. Another adjustment element 9.3 is connected between the two processing channels of the scanning signals S1, S2 and allows the defined variation of the phase position of the two scanning signals S1, S2, which are ideally phase-shifted by 90 ° to one another.
Die verschiedenen Abgleichelemente 9.1, 9.2, 9.3 werden zur Einstellung der erforderlichen Werte von Stellsignalen SA1, SA2, Sϕ beaufschlagt. Wei tere Abgleichmöglichkeiten für die analogen Abtastsignale S1, S2 existieren aufgrund der an den "+U"-Eingängen der eingangsseitigen Operationsver stärker 7.1, 7.2 anliegenden Stellsignale SO1, SO2. Über diese ist jeweils der Gleichspannungs-Anteil bzw. Offset der beiden Abtastsignale S1, S2 defi niert einstellbar. Hinsichtlich der Erzeugung der verschiedenen Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ sei auf die nachfolgende Beschreibung verwiesen. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der analogen Korrektureinheit 6 ist selbstverständlich lediglich beispielhaft zu verstehen und kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchaus abgewandelt werden.The various adjustment elements 9.1 , 9.2 , 9.3 are acted upon by setting signals S A1 , S A2 , S ϕ to set the required values. Further adjustment options for the analog scanning signals S1, S2 exist due to the control signals S O1 , S O2 present at the "+ U" inputs of the input-side operational amplifiers 7.1 , 7.2 . The DC voltage component or offset of the two scanning signals S1, S2 can be defined via these. With regard to the generation of the various control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ , reference is made to the following description. The embodiment of the analog correction unit 6 shown in FIG. 1 is of course to be understood only as an example and can be modified within the scope of the present invention.
Während des Meßbetriebes werden über die vorab erläuterten Abgleich möglichkeiten innerhalb der Korrektureinheit 6 der erfindungsgemäßen An ordnung die eingehenden analogen Abtastsignale S1, S2 laufend mit be stimmten Stellsignalen SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ beaufschlagt. Derart kann stets die ideale Signalform der ursprünglich fehlerbehafteten Abtastsignale si chergestellt und möglichst ideale, korrigierte Abtastsignale S1', S2' an die nachgeordnete Auswerteeinheit 3 übergeben werden. Die Erzeugung der verschiedenen Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ für die verschiedenen Ab gleichmöglichkeiten erfolgt dabei erfindungsgemäß über die Prozessorein heit 5, der diejenigen Abtastsignale S1', S2' zugeführt werden, welche aus gangsseitig an der Korrektureinheit 6 an liegen und an die Auswerteeinheit 3 übergeben werden sollen. Auf Basis der eingangsseitig anliegenden Signale S1', S2' erfolgt in der Prozessoreinheit 5 die Bestimmung von Korrektur größen bzw. Korrekturparametern und die Erzeugung entsprechender Stell signale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ für die analogen Abtastsignale S1, S2. Aus gangsseitig liegen an der Prozessoreinheit 5 demzufolge die Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ an, über die die ggf. erforderlichen, verschiedenen Signalabgleiche innerhalb der Korrektureinheit 6 mit den vorab erläuterten Abgleichmöglichkeiten vorgenommen werden, um auf diese Art und Weise die gewünschte ideale Signalform der analogen Abtastsignale S1, S2 lau fend sicherzustellen.During the measuring operation, the above-described comparison possibilities within the correction unit 6 of the arrangement according to the invention apply the incoming analog scanning signals S1, S2 continuously with certain actuating signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ . In this way, the ideal signal form of the originally faulty scanning signals can be established and ideally corrected, corrected scanning signals S1 ', S2' can be transferred to the downstream evaluation unit 3 . The generation of the various actuating signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ for the various comparison options takes place according to the invention via the processor unit 5 , to which those scanning signals S1 ', S2' are supplied which are on the output side of the correction unit 6 are on and are to be transferred to the evaluation unit 3 . On the basis of the signals S1 ', S2' present on the input side, the correction units or correction parameters are determined in the processor unit 5 and the corresponding actuating signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ are generated for the analog scanning signals S1, S2. From the output side, the control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ are consequently present on the processor unit 5 , via which the various signal alignments that may be required are carried out within the correction unit 6 with the previously explained adjustment options, in order to match them Way to ensure the desired ideal waveform of the analog scanning signals S1, S2 running.
Die Prozessoreinheit 5 umfaßt im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei eingangsseitig angeordnete Sample/Hold-Stufen 10.1, 10.2 für das Paar periodischer Abtastsignale S1', S2', d. h. je eine entsprechende Stufe 10.1, 10.2 pro Abtastsignal. Den beiden Sample/Hold-Stufen 10.1, 10.2 ist eine Multiplexeinheit 11 nachgeordnet, über die die anliegenden analogen Ab tastsignale S1, S2 zeitsequentiell auf eine A/D-Wandlereinheit 12 durchge schaltet werden. In der A/D-Wandlereinheit 12 erfolgt die Digitalisierung der analogen Abtastsignale S1', S2', d. h. die Weiterverarbeitung der Abtastsi gnale S1', S2' erfolgt in der Prozessoreinheit 5 in digitaler Form. Die digita lisierten Abtastsignale werden einer CPU 13 zugeführt, die in Form eines Mikroprozessors ausgebildet ist und der desweiteren ein Arbeitsspeicher 14 zugeordnet ist.In the exemplary embodiment shown, the processor unit 5 comprises two sample / hold stages 10.1 , 10.2 arranged on the input side for the pair of periodic scanning signals S1 ', S2', ie one corresponding stage 10.1 , 10.2 per scanning signal. The two sample / hold stages 10.1 , 10.2 is followed by a multiplex unit 11 , via which the applied analog sampling signals S1, S2 are sequentially switched through to an A / D converter unit 12 . The A / D converter unit 12 digitizes the analog scanning signals S1 ', S2', ie the processing of the scanning signals S1 ', S2' takes place in the processor unit 5 in digital form. The digitized scanning signals are fed to a CPU 13 , which is designed in the form of a microprocessor and which is also assigned a working memory 14 .
Grundsätzlich wäre es auch alternativ möglich, anstelle der dargestellten Variante mit einer Multiplexeinheit 11 und einer A/D-Wandlereinheit 12 meh rere parallel angeordnete A/D-Wandlereinheiten vorzusehen.In principle, it would also be possible as an alternative to provide several parallel A / D converter units instead of the variant shown with a multiplex unit 11 and an A / D converter unit 12 .
Über die CPU 13 erfolgt die Bestimmung von ggf. erforderlichen Korrektur größen für die Abtastsignale S1, S2 mittels eines geeigneten Korrekturalgo rithmus. Hierzu werden vorzugsweise mehrere zusammengehörige Signal- Wertepaare aus den beiden vorliegenden Abtastsignalen abgespeichert und auf Grundlage mehrerer derartiger Wertepaare die entsprechenden Kor rekturgrößen respektive die analogen Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ ge bildet. Bezüglich einer vorteilhaften Möglichkeit zur Bestimmung von Kor rekturgrößen für mit Abtastfehlern behaftete, phasenversetzte Abtastsignale einer Positionsmeßeinrichtung sei an dieser Stelle insbesondere auf die be reits oben erwähnten Veröffentlichungen von C. Wang et al., P.L.M. Heydemann sowie K.P. Birch verwiesen.Via the CPU 13 , any necessary correction quantities for the scanning signals S1, S2 are determined by means of a suitable correction algorithm. For this purpose, a plurality of signal value pairs belonging together from the two present scanning signals are preferably stored and, on the basis of a number of such value pairs, the corresponding correction values or the analog actuating signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ ge are formed. With regard to an advantageous possibility of determining correction sizes for phase-shifted scanning signals of a position measuring device which are afflicted with scanning errors, reference is made at this point in particular to the publications by C. Wang et al., PLM Heydemann and KP Birch already mentioned above.
Auf Grundlage des Korrekturalgorithmus werden von der CPU 13 Korrek turgrößen sowie entsprechende - an dieser Stelle noch in digitaler Form vor liegende - Stellsignale für die verschiedenen Abgleichmöglichkeiten in der Korrektureinheit 6 bestimmt. Neben der Ermittlung von Korrekturgrößen übernimmt die zentrale CPU 13 desweiteren die komplette Ablaufsteuerung und Synchronisation innerhalb der Prozessoreinheit 6, was über die ent sprechenden Verbindungen zwischen CPU 13 und zugeordneter Spei chereinheit 14 einerseits und den verschiedenen Komponenten 10.1, 10.2, 11, 12, 15a-15e der Prozessoreinheit 5 andererseits angedeutet werden soll.On the basis of the correction algorithm, the CPU 13 determines correcting variables and corresponding actuating signals for the various adjustment options in the correction unit 6 , which are still in digital form at this point. In addition to the determination of correction variables, the central CPU 13 also takes over the complete sequence control and synchronization within the processor unit 6 , which on the one hand and the various components 10.1 , 10.2 , 11 , 12 , 15 a via the corresponding connections between the CPU 13 and the associated memory unit 14 - 15 e of the processor unit 5 is to be indicated on the other hand.
Über mehrere in der Prozessoreinheit 5 ausgangsseitig angeordnete D/A- Wandlereinheiten 15a, 15b, 15c, 15d, 15e werden die bestimmten, noch digitalisiert vorliegenden Stellsignale in analoge Ausgangssignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ, gewandelt und an die Korrektureinheit 6 übergeben. Selbstver ständlich könnte alternativ hierzu auch lediglich eine einzige D/A-Wand lereinheit an dieser Stelle eingesetzt werden. Durch die Einwirkung der Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ auf die verschiedenen Abgleichmöglich keiten der Korrektureinheit 6 kann auf diese Art und Weise eine automati sierte Korrektur der periodischen Abtastsignale S1, S2 während des Meß betriebes erfolgen. An die nachgeordnete Auswerteeinheit 3 werden die kor rigierten Abtastsignale S1', S2' übergeben.Via a plurality of D / A converter units 15 a, 15 b, 15 c, 15 d, 15 e arranged on the output side in the processor unit 5 , the specific actuating signals still present in digital form are converted into analog output signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ , converted and passed to the correction unit 6 . Of course, alternatively, only a single D / A converter unit could be used at this point. Due to the action of the control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ on the various adjustment possibilities of the correction unit 6 , an automatic correction of the periodic scanning signals S1, S2 can take place during the measuring operation. The corrected scanning signals S1 ', S2' are transferred to the downstream evaluation unit 3 .
Bei der Einwirkung der Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ auf die analogen Abtastsignale S1, S2 ist zudem sichergestellt, daß sich von Korrekturzyklus zu Korrekturzyklus die Korrekturparameter bzw. Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ nicht zu sprunghaft ändern. Es ist vielmehr eine gewisse Stetigkeit der Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ auch über mehrere Korrekturzyklen hinweg gewährleistet, um sprunghafte Änderungen in den ausgegebenen, korrigierten Abtastsignalen S1', S2' zu vermeiden. Um eine derartige Ste tigkeit der von der Prozessoreinheit 5 an die Korrektureinheit 6 übergebenen Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ sicherzustellen existieren mehrere Mög lichkeiten. Beispielsweise kann eine maximale, erlaubte Änderung der Stell signale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ von Korrekturzyklus zu Korrekturzyklus vorge geben werden. Desweiteren kann die beschriebene Regelung als PI-Rege lung ausgebildet werden, so daß über den Integral-Anteil der Regelung eine Stetigkeit der Änderung der Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ gewährleistet ist.When the control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ act on the analog scanning signals S1, S2, it is also ensured that the correction parameters or control signals S A1 , S A2 , S O1 , Do not change S O2 , S ϕ too suddenly. Rather, a certain continuity of the control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ is also guaranteed over several correction cycles in order to avoid sudden changes in the output, corrected scanning signals S1 ', S2'. In order to ensure such activity of the control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ transferred from the processor unit 5 to the correction unit 6 , there are several possibilities. For example, a maximum, permitted change of the control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ from correction cycle to correction cycle can be specified. Furthermore, the control described can be designed as a PI control, so that the change in the control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S über is ensured via the integral part of the control.
Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik werden in der erfindungs gemäßen Anordnung die fehlerbehafteten, analogen Abtastsignale S1, S2 erst nach dem Durchlaufen der Korrektureinheit 6 abgegriffen und an die Prozessoreinheit 5 übergeben, die die entsprechend erforderlichen Stellsi gnale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ für die verschiedenen Abgleichmöglichkeiten in der Korrektureinheit 6 bestimmt. Im anschließenden Korrekturzyklus können die folgenden periodischen Abtastsignale bereits mit den bestimmten Kor rektur- bzw. Stellgrößen beaufschlagt und damit zumindest grob korrigiert werden. Die auf diese Art und Weise erstmalig grob korrigierten Abtastsi gnale S1, S2 dienen anschließend wiederum als Eingangsgrößen für die Prozessoreinheit 5, die auf dieser Grundlage eine erneute Bestimmung von ggf. erforderlichen Stellsignalen SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ vornehmen kann, wo mit die nachfolgenden analogen Abtastsignale S1, S2 beaufschlagt werden usw. . Es ergibt sich somit eine nochmals verbesserte Signalkorrektur der Abtastsignale S1, S2, die von der nachgeordneten Auswerteeinheit 3 wei terverarbeitet werden können. Zudem werden bei der Bestimmung der ver schiedenen Korrekturgrößen bzw. Stellsignale SA1, SA2, SO1, SO2, Sϕ auch diejenigen Fehler berücksichtigt, die über die analoge Korrektureinheit 6 verursacht werden.In contrast to the known prior art, in the arrangement according to the invention, the error-prone, analog scanning signals S1, S2 are only picked up after passing through the correction unit 6 and transferred to the processor unit 5 , which signals the correspondingly required signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ determined for the different adjustment options in the correction unit 6 . In the subsequent correction cycle, the following periodic scanning signals can already be acted upon with the specific correction or manipulated variables and thus at least roughly corrected. The scanning signals S1, S2, roughly corrected for the first time in this way, then in turn serve as input variables for the processor unit 5 , which, on this basis, redetermine any necessary control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ can make where the subsequent analog scanning signals S1, S2 are applied, etc.. This results in a further improved signal correction of the scanning signals S1, S2, which can be further processed by the downstream evaluation unit 3 . In addition, those errors which are caused by the analog correction unit 6 are also taken into account when determining the various correction variables or control signals S A1 , S A2 , S O1 , S O2 , S ϕ .
Zur Durchführung des Korrekturalgorithmus und Bestimmung der erforderli chen Korrekturgrößen bzw. Stellsignale werden aus den analogen Abtastsi gnalen S1, S2 erfindungsgemäß lediglich bestimmte Signal-Wertepaare herangezogen. Auf der Basis der ausgewählten Signal-Wertepaare wird dann der Korrekturalgorithmus ausgeführt. Hierbei existieren hinsichtlich der Selektion der herangezogenen Signalwerte eine Reihe von Möglichkeiten innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. innerhalb des erfin dungsgemäßen Verfahrens.To carry out the correction algorithm and determine the required Chen correction values or control signals are from the analog scanning signals S1, S2 according to the invention only certain signal-value pairs used. Based on the selected signal-value pairs then the correction algorithm is executed. Here exist with regard to Selection of the signal values used a number of ways within the arrangement according to the invention or within the inventions method according to the invention.
Beispielsweise ist in einer ersten Ausführungsform möglich, die analogen Abtastsignale S1, S2 in unkorrigierter oder aber schon korrigierter Form auch einer Interpolatoreinheit zuzuführen, die die Signalperiode in eine vor gegebene Anzahl von Zählschritten unterteilt. In der Fig. 1 ist diejenige Variante bezüglich der Selektion der Signal-Wertepaare dargestellt, bei der die der Interpolatoreinheit zugeführten Signale an einer Stelle abgegriffen werden, an der nach dem ersten Korrekturzyklus bereits korrigierte Abtast signale S1', S2' vorliegen; mit dem Bezugszeichen 16 wird dabei die Inter polatoreinheit bezeichnet, die in herkömmlicher Art und Weise ausgebildet ist. Der CPU 13 werden in der Prozessoreinheit 5 über die Sample/Hold- Stufen 10.1, 10.2, Multiplexeinheit 11 und die D/A-Wandlereinheit 12 dann lediglich die von der Interpolatoreinheit 16 vorgegebenen Signalwerte der korrigierten Abtastsignale S1', S2' an denjenigen Positionen zugeführt, die den entsprechenden Interpolations-Zählschritten entsprechen. Zu diesem Zweck liegen an der Interpolatoreinheit 16 eingangsseitig die Abtastsignale S1', S2' an; ausgangsseitig liefert die Interpolatoreinheit 16 ein entspre chendes Synchronisationssignal für die CPU 13, die anschließend ein Einle sen der Signalwerte an diesen Positionen veranlaßt. Zum Einlesen bzw. Erfassen der Signale werden von der CPU wiederum zumindest entspre chende Signale an die A/D-Wandlereinheit 12 übergeben.For example, in a first embodiment it is possible to also supply the analog scanning signals S1, S2 in an uncorrected or already corrected form to an interpolator unit which divides the signal period into a predetermined number of counting steps. In Fig. 1 the variant of the selection of the signal-value pairs with respect illustrated in which are tapped at a point of the interpolator supplied signals, signals on after the first correction cycle already corrected sample S1 'S2,'available; with the reference numeral 16 , the inter polator unit is designated, which is designed in a conventional manner. The CPU 13 is then fed in the processor unit 5 via the sample / hold stages 10.1 , 10.2 , multiplex unit 11 and the D / A converter unit 12 only the signal values of the corrected scanning signals S1 ', S2' specified by the interpolator unit 16 at those positions that correspond to the corresponding interpolation counting steps. For this purpose, the scanning signals S1 ', S2' are present on the input side of the interpolator unit 16 ; On the output side, the interpolator unit 16 supplies a corresponding synchronization signal for the CPU 13 , which then causes the signal values to be read in at these positions. To read or capture the signals, at least corresponding signals are in turn passed to the A / D converter unit 12 by the CPU.
Alternativ zu dieser Ausführungsform könnte auch vorgesehen werden, daß von der Interpolatoreinheit 16 an den gewünschten Positionen, an denen Signalwerte übernommen werden sollen, entsprechende Synchronisations signale an die Sample/Hold-Stufen 10.1, 10.2, die Multiplexeinheit 11 sowie die A/D-Wandlereinheit 12 übergeben werden, um den Einlesevorgang in die CPU 13 zu initiieren.As an alternative to this embodiment, it could also be provided that the interpolator unit 16 at the desired positions at which signal values are to be taken over, corresponding synchronization signals to the sample / hold stages 10.1 , 10.2 , the multiplex unit 11 and the A / D converter unit 12 are passed to initiate the reading process into the CPU 13 .
Hinsichtlich der Ausbildung der Interpolatoreinheit 16 existieren eine Reihe von Möglichkeiten. Grundsätzlich erfolgt dabei über die Interpolatoreinheit 16 jeweils eine weitere Unterteilung der Signalperiode und damit die Be stimmung definierter Positionen, an denen Signalwerte an die CPU für den Korrekturalgorithmus übergeben werden sollen. Beispielsweise kann etwa eine 10-fache, gleichmäßige Unterteilung der Signalperiode erfolgen, so daß an insgesamt 10 Interpolationspositionen eine Übermittlung von Synchroni sationssignalen für das Einlesen der entsprechenden Signal-Wertepaare an die CPU 13 erfolgt. Als Signalwerte für den Korrekturalgorithmus werden dann die an den entsprechenden 10 Positionen erfaßten bzw. digitalisierten Signalwerte der CPU 13 zugeführt. There are a number of possibilities with regard to the design of the interpolator unit 16 . Basically, a further subdivision of the signal period takes place via the interpolator unit 16 and thus the determination of defined positions at which signal values are to be transferred to the CPU for the correction algorithm. For example, about a 10-fold, uniform division of the signal period, so that at a total of 10 interpolation positions, synchronization signals are transmitted for reading in the corresponding signal-value pairs to the CPU 13 . The signal values which are detected or digitized at the corresponding 10 positions are then supplied to the CPU 13 as signal values for the correction algorithm.
Hierzu können in einer ersten Ausführungsform der Interpolatoreinheit 16 die Übernahme-Positionen in absolut-codierter Form an die CPU 13 über geben werden. Die Synchronisationssignale bestehen demzufolge hierbei aus der absoluten Positionsinformation an den Übernahmepositionen. Als vorteilhaft erweist sich dabei, daß der CPU 13 aufgrund der bekannten ab soluten Übernahmeposition die Gleichmäßigkeit der Verteilung der über nommenen Signalwerte über die Signalperiode sofort bekannt ist. Es ist demzufolge keine aufwendige, rechenzeitintensive Überprüfung der Signal werte dahingehend erforderlich, ob diese auch hinreichend gleichmäßig verteilt vorliegen und sich für den Korrekturalgorithmus eignen.For this purpose, in a first embodiment of the interpolator unit 16, the transfer positions can be transferred to the CPU 13 in an absolutely coded form. The synchronization signals therefore consist of the absolute position information at the transfer positions. It has proven to be advantageous that the CPU 13 is immediately aware of the uniformity of the distribution of the received signal values over the signal period due to the known absolute takeover position. It is therefore not necessary to carry out a complex, time-consuming check of the signal values to determine whether these are also sufficiently evenly distributed and are suitable for the correction algorithm.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Interpolatoreinheit 16 eine in krementale Unterteilung der Signalperiode vornehmen und über einen mit laufenden Zähler die jeweilige absolute Übernahmeposition bestimmt wer den, die an die CPU 13 übergeben wird.In a further embodiment, the interpolator unit 16 can make a incremental subdivision of the signal period and, via a counter that is running, determines the respective absolute transfer position that is transferred to the CPU 13 .
Desweiteren ist es in einer dritten Ausführungsform schließlich möglich, daß die Interpolatoreinheit 16 lediglich ein inkrementale Unterteilung der Signal periode vornimmt und entsprechende Signale zur Übernahme der Signal werte an mehreren äquidistant verteilten Positionen an die CPU übergibt.Furthermore, it is finally possible in a third embodiment that the interpolator unit 16 only carries out an incremental subdivision of the signal period and transfers corresponding signals for taking over the signal values at several equidistantly distributed positions to the CPU.
Insbesondere im Fall detektierter höherer Verfahrgeschwindigkeiten erweist sich die Übergabe der absoluten Übernahmeposition von der Interpola toreinheit 16 an die CPU 13 gemäß den beiden ersten Ausführungsvarian ten als vorteilhaft. So kann derart sichergestellt werden, daß die Signal- Wertepaare auf jeden Fall an unterschiedlichen Positionen der zugehörigen Lissajous-Figur übernommen werden und nicht etwa in mehreren aufeinan derfolgenden Signalperioden stets an der gleichen Position in der Lissajous- Figur die Signalwerte übernommen werden.In particular in the case of detected higher travel speeds, the transfer of the absolute takeover position from the interpolator unit 16 to the CPU 13 according to the first two embodiment variants proves to be advantageous. In this way it can be ensured that the signal-value pairs are in any case taken over at different positions of the associated Lissajous figure and that the signal values are not always taken over at several positions in succession at the same position in the Lissajous figure.
Daneben ist es in weiteren Ausführungsformen möglich, die Selektion von Signal-Wertepaaren vorzunehmen, indem über die CPU 13 softwaremäßig Synchronisationssignale bzw. Triggerimpulse für die Sample/Hold-Stufen 10.1, 10.2, die Multiplexeinheit 11 und die D/A-Wandlereinheit 12 erzeugt bzw. vorgegeben werden. Es werden dabei wiederum nicht alle analogen Abtastsignale digitalisiert, sondern lediglich eine bestimmte Auswahl von Signal-Wertepaaren an bestimmten Positionen.In addition, it is possible in further embodiments to carry out the selection of signal-value pairs by using software CPU 13 to generate or generate synchronization signals or trigger pulses for sample / hold stages 10.1 , 10.2 , multiplex unit 11 and D / A converter unit 12 be specified. Again, not all analog scanning signals are digitized, but only a certain selection of signal-value pairs at certain positions.
Hierbei kann einerseits eine zeitlich äquidistante Verteilung von Triggerim pulsen vorgegeben werden. Um sicherzustellen, daß die für den Korrek turalgorithmus herangezogenen Signal-Wertepaare gleichmäßig über die zugehörige Lissajous-Figur verteilt sind, werden hierzu geeignet liegende Signal-Wertepaare bzw. Zeitpunkte zum Erfassen der Signal-Wertepaare softwaremäßig vorgegeben.Here, on the one hand, a time-equidistant distribution of triggerim pulses can be specified. To ensure that the corrective signal algorithm pairs used evenly over the associated Lissajous figure are distributed, are suitable for this purpose Signal value pairs or points in time for acquiring the signal value pairs predefined by software.
Bei eventuell möglichen hohen Verfahrgeschwindigkeiten kann jedoch wie derum der Fall auftreten, daß über mehrere Signalperioden hinweg immer Signal-Wertepaare erfaßt werden, die an ähnlichen Positionen auf der Lissajous-Figur liegen und demzufolge die verschiedenen Signal-Werte paare nicht besonders gut als Eingangsdaten des Korrekturalgorithmus ge eignet sind. Als vorteilhaft erweist sich daher, wenn die momentane Ver fahrgeschwindigkeit beispielsweise anhand der bislang erfaßten Meßwerte bestimmt wird. Im Fall hoher Verfahrgeschwindigkeiten wird die zeitliche Verteilung der Triggerimpulse dann geeignet verändert, um diesen Fall aus zuschließen und eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Signal-Werte paare für den Korrekturalgorithmus über die Lissajous-Figur zu gewährlei sten.In the case of possible high travel speeds, however, how which is the case that always occurs over several signal periods Signal-value pairs are detected that are in similar positions on the Lissajous figure and therefore the different signal values pairs are not particularly good as input data of the correction algorithm are suitable. It proves to be advantageous if the current Ver Driving speed, for example, based on the measured values recorded so far is determined. In the case of high travel speeds, the temporal Distribution of the trigger pulses is then changed appropriately to make this case close and as even a distribution of the signal values as possible to ensure pairs for the correction algorithm via the Lissajous figure most.
Die letztgenannte Maßnahme muß jedoch nicht getroffen werden, wenn man bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten keine extrem exakte Signalkor rektur wünscht, sondern in diesem Fall auch mit ungenauer korrigierten Ab tastsignalen auf Seiten der Auswerteeinheit zurecht kommt.However, the latter measure need not be taken if one does not have an extremely exact signal element at high travel speeds rectification, but in this case also with inaccurately corrected Ab touch signals on the side of the evaluation unit.
Andererseits ist es auch möglich, die Triggerimpulse für die Selektion der Signal-Wertepaare grundsätzlich nicht zeitlich-äquidistant vorzugeben, son dern diese als nicht-periodische Folge vorzugeben. Hierbei ist die zeitliche Verteilung der Folge der Triggerimpulse derart zu wählen, daß bei jeder mög lichen Verfahrgeschwindigkeit eine gleichmäßige Verteilung der Signal- Wertepaare über die Lissajous-Figur gewährleistet ist. Beispielsweise kann eine geeignete statistische zeitliche Verteilung der Triggerimpulse zu die sem Zweck über die CPU vorgegeben werden. On the other hand, it is also possible to use the trigger pulses for the selection of the In principle, signal-value pairs should not be specified at equidistant intervals, son to specify this as a non-periodic sequence. Here is the temporal Distribution of the sequence of trigger pulses to be chosen so that each is possible traversing speed, an even distribution of the signal Value pairs over the Lissajous figure is guaranteed. For example a suitable statistical temporal distribution of the trigger pulses to the be specified via the CPU.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen werden, stets in Ab hängigkeit der Relativgeschwindigkeit zwischen Maßstabteilung und Abtast einheit die zur Korrektur heranzuziehenden Signal-Wertepaare zu selektie ren. Zu diesem Zweck ist es grundsätzlich erforderlich die jeweilige Relativ geschwindigkeit zu erfassen, was beispielsweise über geeignete Detektoren oder die Erfassung der Frequenz der Abtastsignale erfolgen kann. So kön nen dann bei langsamen Verfahrgeschwindigkeiten und erhöhten Genau igkeitsanforderungen beispielsweise mehr Signalwerte aus dem Paar von Abtastsignalen herangezogen werden, während bei höheren Relativge schwindigkeiten und entsprechend geringeren Präzisisonsanforderungen die Signalkorrektur auf Grundlage weniger Signalwerte ausreicht. Insbeson dere im Fall langsamer Verfahrgeschwindigkeiten können viele Signal- Wertepaare aus den Abtastsignalen herangezogen werden, über die wie derum eine Mittelung möglich ist. Insgesamt ergibt sich aufgrund einer der artigen Mittelung über viele Signal-Wertepaare eine Genauigkeit für die be stimmten Korrekturwerte, die über der Auflösung der A/D-Wandlereinheit liegt.In a further embodiment of the arrangement or the method according to the invention can be provided, always in Ab dependence of the relative speed between scale division and scanning Unit to select the signal-value pairs to be used for correction For this purpose, it is generally necessary to use the relative to detect speed, for example, what about suitable detectors or the detection of the frequency of the scanning signals can take place. So can then at slow travel speeds and increased accuracy for example, more signal values from the pair of Sampling signals are used, while at higher Relativge speeds and correspondingly lower precision requirements the signal correction based on fewer signal values is sufficient. In particular In the case of slow travel speeds, many signal Value pairs from the scanning signals are used, via the how for which an averaging is possible. Overall, one of the results like averaging over many signal-value pairs an accuracy for the be agreed correction values above the resolution of the A / D converter unit lies.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt diese desweiteren eine - nichtflüchtige - Speichereinheit, in der Korrekturgrößen abgelegt werden können. Zu Beginn einer neuen Messung werden diese Korrekturgrößen in entsprechende Stellsignale umgewandelt und beaufschlagen über die Kor rektureinheit die zu korrigierenden analogen Abtastsignale. Auf diese Art und Weise wird bereits beim ersten Durchgang von analogen Abtastsigna len durch die Korrektureinheit eine erste, zumindest grobe Signalkorrektur vorgenommen; anschließend erfolgt die laufende Signal-Korrektur der ana logen Abtastsignale auf Basis der beschriebenen Regelung wie vorab be schrieben.In an advantageous embodiment of the arrangement according to the invention or of the method according to the invention, this further comprises a - non-volatile - storage unit in which correction values are stored can. At the beginning of a new measurement, these correction values are in appropriate control signals converted and act on the cor rectification unit the analog scanning signals to be corrected. In this manner and way is already at the first pass of analog scanning signals len by the correction unit a first, at least rough signal correction performed; then the signal correction is carried out by ana lied scanning signals based on the described control as before wrote.
Es existieren somit neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Reihe von weiteren Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Anordnung bzw. In addition to the exemplary embodiment described, there are therefore one A number of further possibilities, the arrangement or
das erfindungsgemäße Verfahren in Abhängigkeit der jeweiligen Anforde rungen geeignet auszugestalten.the method according to the invention depending on the respective requirement suitable designs.
Claims (17)
- - einer Prozessoreinheit, der die Abtastsignale zugeführt werden und in der mittels eines Korrekturalgorithmus Korrekturgrößen bestimmt werden, die wiederum in entsprechende Stellsignale umgesetzt werden,
- - einer Korrektureinheit, der die analogen Abtastsignale sowie die Stellsignale zugeführt werden und die mehrere Abgleichmöglich keiten umfaßt, um durch die Beaufschlagung mit den Stellsignalen die fehlerbehafteten Abtastsignale zu korrigieren,
- a processor unit to which the scanning signals are fed and in which correction variables are determined by means of a correction algorithm, which in turn are converted into corresponding actuating signals,
- a correction unit to which the analog scanning signals and the actuating signals are fed and which comprises a plurality of comparison possibilities in order to correct the defective scanning signals by applying the actuating signals,
- - die Abtastsignale einer Prozessoreinheit zugeführt werden und mittels eines Korrekturalgorithmus Korrekturgrößen bestimmt wer den, die wiederum in entsprechende Stellsignale umgesetzt wer den,
- - die analogen Abtastsignale sowie die Stellsignale ferner einer Kor rektureinheit zugeführt werden, welche mehrere Abgleichmöglich keiten umfaßt, um durch die Beaufschlagung mit den Stellsignalen die fehlerbehafteten Abtastsignale zu korrigieren, dadurch gekennzeichnet, daß
- the scanning signals are fed to a processor unit and correction variables are determined by means of a correction algorithm, which in turn are converted into corresponding control signals,
- - The analog scanning signals and the control signals are also fed to a correction unit, which comprises a plurality of comparison possibilities, in order to correct the error-prone scanning signals by the application of the control signals, characterized in that
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